海底資源

海洋中幾乎到處都有生物，但不同的環境，生物群落的種類組成和結構，以及各種群數量、個體大小、形態、生理生化特性等都很不同。海洋生物分佈的格局是與海洋環境相互作用、協調進化的。一般常按生活方式將海洋生物分為浮游生物、游泳動物和底棲生物3類。

無游泳能力或游泳能力弱，懸浮於水中隨水流移動，包括細菌、浮游植物(如硅藻、甲藻等)和浮遊動物(如水母、腹足綱軟體動物的翼足類、異足類，許多海洋動物的幼蟲等)。多數終生營浮遊生活，稱為永久性浮游生物；少數種類僅於生活史的某個階段營浮遊生活，稱為階段性浮游生物，如許多海洋動物的幼蟲；也有些原非浮游生物，被水流沖盪而出現在浮游生物中，如某些低等甲殼類的介形類、漣蟲類等，稱為暫時性浮游生物。浮游植物只能生活在有光的水層；浮遊動物則不然，有的可以生活在千米以下的深水中，而且多數能在水中作垂直移動。浮游生物一般體重輕(外殼重量輕、體內脂肪含量高，富有黏液)、沉降阻力大(身體相對面積大，體表多刺毛、突起，群體連成片)或者具有纖毛、鞭毛而有一定的運動能力。

指那些具有發達的運動器官而游泳能力強的動物。包括魚類、哺乳動物(如鯨、海豚、海豹)、爬行動物(如海蛇、海龜)、軟體動物(如烏賊、章魚)和一些大型蝦類(如對蝦、龍蝦)等，它們的游泳能力、速度和方式也有很大差異。有些種類能橫跨大洋作長距離的洄遊，如金槍魚等；有的游泳很快，如劍魚每小時速度達70公里以上。海鰻以整個身體彎曲擺動向前遊動，烏賊和章魚則從漏鬥口向外噴射水流以推動身體反向運動。它們有時生活在上層水域(如太平洋鯡魚)，有的生活在中層或底層水域(如小黃魚、真鯛、牙鮭)。游泳動物除了有發達的游泳器官外，身體大多呈流線型，以減小阻力，提高游泳速度。

生活在海洋水域底部和不能長時間在水中遊動的各種生物，包括底棲植物(幾乎全部大型藻類和紅樹等種子植物)，底棲動物(海綿、腔腸、環節、線形、軟體、甲殼、棘皮、脊椎等門類均有底棲種)。底棲生物按其與底質的關係，又可區分為底上、底內和底游3大生活類型；在岸邊還存在潮間帶生物。

生活於硬質海底。包括在各種底質上營固著生活(如海葵、水螅、藤壺、牡蠣、柄海鞘)、附著生活(如紫貽貝、附著硅藻、大型藻類)以及匍匐海底(如馬糞海膽、刺參和紅螺等)的動物。固著生活的動物運動器官退化，但觸覺器官發達，被動取食，幼體營浮遊生活，靠海流擴大其分佈區域。固著或附著在船底、浮標、工廠排污管道、海上石油平台和海上其它設施的生物被稱為污損生物(包括微生物、藻類和動物)。它們對交通、軍事和生產均有危害。

生活於軟質海底。有的分泌黏性物質形成管子或用分泌物黏結沉積顆粒成管子而棲身其中(如巢沙蠶、磷沙蠶等)；有的具有發達的挖掘器官，將身體埋於泥沙中(如黃島長吻柱頭蟲、中國蛤蜊、文昌魚等)；有的鑽木(如船蛆)、鑿石(如波紋溝海筍)。

有一定的運動能力，能在水底緩慢地行動(如梭子蟹)。

一類特殊類型的底棲生物。經過長期的進化，底棲生物對潮汐的漲落、海浪的衝擊、陽光的暴晒、溫度的變化等有很好的適應能力。由於潮間帶生態位的差異，生物在潮間帶的分佈很有規則，群落結構比較清楚。

每當夜幕降臨在大海時，人們常常可以看到海面上閃閃爍爍的光芒像一條條火舌。海洋發光主要是由發光細菌引起的。在這些發光細菌的生物體內，有一種熒光素和氧結合、生成氧化熒光素，其化學反應所產生的能量以光的形式釋放出來，因此就發出了光。海洋發光細菌多生活在熱帶和溫帶海洋中。它們大多是以寄生、共生或腐生的方式生長在魚、蝦、貝、藻等生物體上，為這些魚、蝦、貝等提供了新的光源，使它們更有利於覓食和驅敵。一個瓜水母發出的光可讓人在黑暗中看清人的面孔；長腹縹水蚤發的光能力也很強，可以利用它的光在輪船甲板上讀報。

除了發光細菌外，許多真菌、甲殼類動物、昆蟲以及海鳥等都會發出生物光。在非洲的沼澤上，就有一種會發光的熒烏，其頭部長著一層會閃閃發光的硬殼，其亮度相當於兩瓦燈泡的亮度，當地居民把這種烏捉來養在鳥籠里，夜行時當手電筒用。

海上水生物發出的光都是“冷光”，在發光的同時，沒有輻射熱能的消耗，因而生物發光的效率是很高的。普通電燈泡（白熾燈）通電時，灼熱的鎢絲約把7%－13%的電能變成了可見的光，其餘電能成了不可見的光和熱。而生物光幾乎能將化學能百分之百地轉變為可見光，為普通電光源效率的幾倍到幾十倍。長期以來，人們就巧妙地利用這種生物光為自己造福，比如：漁民們利用海光尋找魚群，識別暗礁、淺灘、沙洲和冰山等。由於生物光源沒有電流不會生磁場，因而人們可以在這種光流的照明下做著消除磁性水雷等工作。隨著科學技術的發展，奇妙的生物冷光將進一步為人們所認識。有朝一日大規模應用冷光，各種各樣不輻射熱的發光牆或冷光發光體會相繼誕生，必將引起人們生活領域的一場偉大變革。

海底包括了國際海底區域和部分國家管轄的陸架區（包括法律大陸架）。深海的戰略地位根植於其廣闊的 空間和豐富的資源。深海底資源包括：（1）分佈於水深4,000～6,000米海底，富含銅、鎳、鈷、錳等金屬的多金屬結核。（2）分佈於海底山表面的富鈷結殼和分佈於大洋中脊和斷裂活動帶的熱液多金屬硫化物。（3）生活於深海熱液噴口區和海山區的生物群落，因其生存的特殊環境，其保護和利用已引起國際社會的高度重視。（4）現今主要發現於大陸邊緣的天然氣水合物，其總量換算成甲烷氣體約為1.8-2.1X1016m3，大約相當於全世界煤、石油和天然氣等總儲量的兩倍，被認為是一種潛力很大、可供21世紀開發的新型能源。深海將成為21世紀多種自然資源的戰略性開發基地，可能形成包括深海採礦業、深海生物技術業、深海技術裝備製造業等產業門類的深海產業群。過去幾十年來，有關深海底資源的知識迅速發展，不但將顯著地增加世界的資源基礎，而且有可能為世界未來帶來可觀的經濟收益。新發現的資源大多是在國家管轄範圍之外的國際海底，其中一些比任何陸地礦床都更豐富。為此，組織和管理國際海底區域勘探與開發活動的國際海底管理局正致力於有關規章的制訂工作。管理局已於2000年通過了國際海底區域內多金屬結核探礦和勘探規章，目前正在為多金屬硫化物和富鈷結殼制定一套類似的探礦和勘探規章。

傳統礦產資源是指在深海中發現較早、已經進行工業開採或具備工業開採能力的礦產資源，如深海油氣、多金屬結核礦物等等。埋藏在海底的石油和天然氣，不論其生成環境是否屬於海洋環境，都將列入海底石油資源。近四十多年來海上石油勘探工作查明，海底蘊藏著豐富的石油和天然氣資源。據1979年統計，世界近海海底已探明的石油可采儲量為220億噸，天然氣儲量為17萬億立方米，占當年世界石油和天然氣探明總可采儲量的24%和23%。

海底有石油，這在過去是不大好理解的。自從19世紀末海底發現石油以後，科學家研究了石油生成的理論。在中、新生代，海底板塊和大陸板塊相擠壓，形成許多沉積盆地，在這些盆地形成幾千米厚的沉積物。這些沉積物是海洋中的浮游生物的遺體（它們在特定的有利環境中大量繁殖），以及河流從陸地帶來的有機質。這些沉積物被沉積的泥沙埋藏在海底，構造運動使盆地岩石變形，形成斷塊和背斜。伴隨著構造運動而發生岩漿活動，產生大量熱能，加速有機質轉化為石油，並在圈閉中聚集和保存，成為現今的陸架油田。

中國沿海和各島嶼附近海域的海底，蘊藏有豐富的石油和天然氣資源。國外有人估計中國近海石油儲量約100～250萬噸，無疑中國是世界海洋油氣資源豐富的國家之一。渤海是中國第一個開發的海底油田。渤海大陸架是華北沉降堆積的中心，大部分發現的新生代沉積物厚達4000米，最厚達7000米。這是很厚的海陸交互層，周圍陸上的大量有機質和泥沙沉積其中，渤海的沉積又是在新生代第三紀適于海洋生物繁殖的高溫氣候下進行的，這對油氣的生成極為有利。由於斷陷伴隨褶皺，產生一系列的背斜帶和構造帶，形成各種類型的油氣藏。東海大陸架寬廣，沉積厚度大於200米。外國人認為：東海是世界石油遠景最好的地區之一；東海天然氣儲量潛力可能比石油還要大。

南海大陸架，是一個很大的沉積盆地，新生代地層約2000～3000米，有的達6000～7000米，具有良好的生油和儲油岩系。生油岩層厚達1000～4000米，已探明的石油儲量為6．4億噸，天然氣儲量9800億立方米，是世界海底石油的富集區。因此，某些外國石油專家認為，南海可能成為另一個波斯灣或北海油田。

海上石油資源開發利用，有著廣闊的前景。但是，由於在海上尋找和開採石油的條件與在陸地上不同，技術手段要比陸地上的複雜一些，建設投資比陸地上的高，風險要比陸地上的大，因此，當今世界海洋石油開發活動，絕大多數國家採取了國際合作的方式。中國為了加快海上石油資源開發，明確規定中國擁有石油資源的所有權和管轄權；合作區的海域和資源、產品屬中國所有；合作區的海域和面積大小以及選擇合作對象，都由中國決定等一系列維護中國主權和利益的條款。合理利用外資和技術，已成為加速海上石油資源開發的重要途徑。眾所周知，隨著世界上工業和經濟的高速發展，礦產資源消耗量急劇增加，陸地礦產資源在全球範圍內日趨短缺、衰竭。人們唯有把佔地球表面積71%以上的海洋，作為未來的礦產來源。

海底礦產海底除了我們前面提到的石油、天然氣外，還蘊藏著豐富的金屬和非金屬礦。至今已發現海底蘊藏的多金屬結核礦、磷礦、貴金屬和稀有元素砂礦、硫化礦等礦產資源達6000億噸。若把太平洋底蘊藏的一百六十多億噸多金屬結核礦開採出來，其鎳可供全世界使用兩萬年；鈷使用34萬年；錳使用18萬年；銅使用1000年。更為有趣的是，人們發現海底錳結核礦石（含錳、鐵、銅、鈷、鎳、鈦、釩、鋯、鉬等多種金屬）還在不斷生長，它決不會因為人類的開採而在將來消失。據美國科學家梅魯估計：太平洋底的錳結核，以每年1000萬噸左右的速度不斷生長。假如我們每年僅從太平洋底新生長出來的錳結核中提取金屬的話，其中銅可供全世界用三年；鈷可用四年；鎳可以用一年。錳結核這一大洋深處的“寶石”，是世界上一種取之不盡、用之不竭的寶貴資源，是人類共同的財富。

然而要從四、五千米深的大洋底部採取錳結核，也是一件很不容易的事，一定要有先進的技術才行。目前只有少數幾個發達國家能夠辦到。中國也已基本上具備了開發大洋錳結核的條件，到21世紀，可望實現生產性開採。海洋為人類的生存提供了極為豐富的寶貴資源，只要我們能合理的開發、利用，它將循環不息地為人類所用，取之不盡，用之不竭，是下個世紀人類的重要資源供應地。海洋盆地是各種礦物沉積的來源。除原先已知的礦藏外，新發現的海洋礦物資源包括多金屬硫化物，其中銅、鋅、銀和金含量各不相同。多金屬硫化物礦床是數千年來在海底熱泉附近積聚而成，海底熱泉位於海底活火山山脈各處，而這些火山山脈蔓延全球所有海洋盆地。多金屬硫化物礦床還在與火山列島毗連的地點形成，例如太平洋西部邊界沿線的列島。另一類新發現的海洋礦物資源是富鈷結殼。這種礦殼沉積於水下死火山側面，歷時數百萬年形成，其礦物來自海水中溶化的金屬，而這些金屬則是河水和海底熱泉提供的。熱泉使多金屬硫化物沉積集中，同時又使各種金屬散布海洋，促進了富鈷結殼積聚。不僅如此，熱泉還提供了來自地球內部的化學能量，微生物利用這些能量生長。這些微生物處於溫泉生命形式生態系統食物鏈底層，基本無需光能，而陸地食物鏈的底層植物則需要光能產生光合作用。這些微生物十分重要，是具有工業和醫藥用途的新的化合物來源。這些微生物也包括原始的生命形式，可能有助於揭開生命起源的奧秘。

可以毫不誇張地說，海洋中幾乎有陸地上有的各種資源，而且還有陸地上沒有的一些資源。目前人們已經發現的有以下六大類。

1．石油、天然氣。據估計，世界石油極限儲量1萬億噸，可采儲量3000億噸，其中海底石油1350億噸；世界天然氣儲量255～280億立方米，海洋儲量佔140億立方米。上世紀末，海洋石油年產量達30億噸，佔世界石油總產量的50%。我國在臨近各海域油氣儲藏量約40～50億噸。由於發現豐富的海洋油氣資源，我國有可能成為世界五大石油生產國之一。

2．煤、鐵等固體礦產。世界許多近岸海底已開採煤鐵礦藏。日本海底煤礦開採量占其總產量的30%；智利、英國、加拿大、土耳其也有開採。日本九州附近海底發現了世界上最大的鐵礦之一。亞洲一些國家還發現許多海底錫礦。已發現的海底固體礦產有20多種。我國大陸架淺海區廣泛分佈有銅、煤、硫、磷、石灰石等礦。

3．海濱砂礦。海濱沉積物中有許多貴重礦物，如：含有發射火箭用的固體燃料鈦的金紅石；含有火箭、飛機外殼用的鈮和反應堆及微電路用的鉭的獨居石；含有核潛艇和核反應堆用的耐高溫和耐腐蝕的鋯鐵礦、鋯英石；某些海區還有黃金、白金和銀等。我國近海海域也分佈有金、鋯英石、鈦鐵礦、獨居石、鉻尖晶石等經濟價值極高的砂礦。

4．多金屬結核和富鈷錳結殼。多金屬結核含有錳、鐵、鎳、鈷、銅等幾十種元素。世界海洋3500～6000米深的洋底儲藏的多金屬結核約有3萬億噸。其中錳的產量可供世界用18000年，鎳可用25000年。我國已在太平洋調查200多萬平方公里的面積，其中有30多萬平方公里為有開採價值的遠景礦區，聯合國已批准其中15萬平方公里的區域分配給我國作為開闢區。富鈷錳結殼儲藏在300～4000米深的海底，容易開採。美日等國已設計了一些開採系統。 5．熱液礦藏。是一種含有大量金屬的硫化物，海底裂谷噴出的高溫岩漿冷卻沉積形成，已發現30多處礦床。僅美國在加拉帕戈斯裂谷儲量就達2500萬噸，開採價值39億美元。

6．可燃冰。是一種被稱為天然氣水合物的新型礦物，在低溫、高壓條件下，由碳氫化合物與水分子組成的冰態固體物質。其能量密度高，雜質少，燃燒後幾乎無污染，礦層厚，規模大，分佈廣，資源豐富。據估計，全球可燃冰的儲量是現有石油天然氣儲量的兩倍。在上世紀日本、前蘇聯、美國均已發現大面積的可燃冰分佈區。我國也在南海和東海發現了可燃冰。據測算，僅我國南海的可燃冰資源量就達700億噸油當量，約相當於我國目前陸上油氣資源量總數的1/2。在世界油氣資源逐漸枯竭的情況下，可燃冰的發現又為人類帶來新的希望。

由於人類對兩極海域和廣大的深海區還調查得很不夠，大洋中還有多少海底礦產人們還難以知曉。

是最重要的傳統海洋礦產資源，被人們稱為“工業的血液”。隨著需求量的急劇增長，能源危機越演越烈。有人甚至提出“石油時代的狼來了！”，但實際上“狼”並沒來，因為海底油氣資源具有很大的開發潛力。目前海底石油儲量佔全球總量的45%，天然氣佔50%。海上總產量佔全球總產量約1/3。而且現在海底石油開發的水深和井深越來越大。海底油氣的分佈紐西蘭在北島東岸近海水深1-3Km，發現面積大於4×104km2的BSR分佈區。澳大利亞近年在其東部豪勛爵海底高原發現BSR分佈面積達8×104km2。巴基斯坦在阿曼灣開展了水會物調查，也取得了進展。加拿大西側胡安一德賽卡洋中脊斜坡區發現約1800億油當量的天然氣水合物資源量。總之，目前已調查發現並圈定有天然氣水合物的地區主要分佈在西太平洋海域的白令海、鄂霍茨克海、千島海溝、沖繩海槽、日本海、四國海槽、南海海槽、蘇拉威西海、紐西蘭北島；東太平洋海域的中美海槽、北加利福尼亞一俄勒岡濱外、秘魯海槽；大西洋海域的美國東海岸外布萊克海台、墨西哥灣、加勒比海、南美東海岸外陸緣、非洲西西海岸海域；印度洋的阿曼海灣；北極的巴倫支海和波弗特海；南極的羅斯海和威德爾海，以及黑海與裏海等。目前世界這些海域內有88處直接或間接發現了天然氣水合物，其中26處岩心見到天然氣水會物，62處見到有天然氣水合物地震標誌的似海底反射（BSR），許多地方見有生物及碳酸鹽結殼標誌。據專家估算：在全世界的邊緣海、深海槽區及大洋盆地中，目前已發現的水深3000m以內沉積物中天然氣水會物中甲烷資源量為2.1×1016m3（2.l萬萬億m3）。水合物中甲烷的碳總量相當於全世界已知煤、石油和天然氣總量的二倍。可滿足人類1000年的需求，其儲量之大，分佈面積之廣，是人類未來不可多得的能源。以上儲量的估算尚不包括天然氣水合物層之下的遊離氣體。中國有關海底油氣的研究、調查現狀，近年來，中國國家領導和中國國土資源部、中國科技部、中國財政部、中國國家計委等部委領導非常重視天然氣水合物的調查與研究。首先是對中國管轄海域歷年來做過大量的地震勘查資料分析，在沖繩海槽的邊坡、南海的北部陸坡、西沙海槽和西沙群島南坡等處發現了海底天然氣水合物存在的似海底地震反射層（BSR）標誌。並在對海底天然氣水合物的成因、地球化學、地球物理特徵、外北採集、資料處理解釋、鑽孔取樣、測井分析、資源評價、海底地質災害等方面進行了系統的研究，並取得了豐富的資料和大量的數據。

自1984年始，中國地質界對國外有關水會物調查狀況及其巨大的資源潛力進行了系統的資料彙集。廣州海洋地質調查局的科技人員對80年代早、中期在南海北部陸坡區完成的2萬多公里地震資料進行複查，在南海北部陸坡區發現有似海底反射（BSR）顯示。根據國土資源部中國地質調查局的安排，廣州海洋地質調查局於1999年10十月首次在中國海域南海北部西沙海槽區開展海洋天然氣水合物前期試驗性調查。完成三條高分辯率地震測線共543.3km。2000年9-11月，廣州海洋地質調查局"探寶號"和"海洋四號"調查船在西沙海槽繼續開展天然氣水含物的調查。共完成高分辯率多道地震1593.39km、多波束海底地形測量703.5km、地球化學採樣20個、孔隙水樣品18個、氣態烴感測器現場快速測定樣品33個。獲得突破性進展。資料表明：地震剖面上具明顯似海底反射界面(BSR）和振幅空白帶。"BSR"界面一般位於海底以下 300-700m，最淺處約180m。振幅空白帶或弱振幅帶厚度約80-600m，"BSR"分佈面積約2400km'。以地震為主的多學科綜合調查表明：海域天然氣水合物主要賦存於活動大陸邊緣和非活動大陸邊緣的深水陸坡區，尤以活動陸緣俯衝帶增生楔區、非活動陸緣和陸隆台地斷褶區水含物十分發育。根據ODP184航次1144鑽井資料揭示，在南海海域東沙群島東南地區，l百萬年以來沉積速率在每百萬年400-1200m之間，鶯歌海盆地中中新世以來沉積速度很大。資料表明：南海北部和西部陸坡的沉積速率和已發現有豐富天然氣水合物資源的美國東海岸外布萊克海台地區類似。南海海域水含物可能賦存的有利部位是：北部陸坡區、西部走滑剪切帶、東部板塊聚合邊緣及南部台槽區。本區具有增生楔型雙BSR、槽緣斜坡型BSR、台地型BSR及盆緣斜坡型BSR等四種類型的水合物地震標誌BSR構型。從地球化學研究發現南海北部陸坡區和南沙海域，經常存在臨震前的衛星熱紅外增溫異常，其溫度較周圍海域升高5-6℃，特別是南海北部陸坡區，從瓊東南開始，經東沙群島，直到台灣西南一帶，多次重複出現增溫異常，它可能與海底的天然氣水合物及油氣有關。綜合資料表明：南海陸坡和陸隆區應有豐富的天然氣水合物礦藏，估算其總資源量達643.5-772.2億噸油當量，大約相當於中國陸上和近海石油天然氣總資源量的1/2。西沙海槽位於南海北部陸坡區的新生代被動大陸邊緣型沉積盆地。新生代最大沉積厚度超過7000m，具斷裂活躍。水深大於400m。基於應用國家863研究項目"深水多道高解析度地震技術"而獲得了可靠的天然氣水合物存在地震標誌：1）在西沙海槽盆北部斜坡和南部台地深度200-700m發現強BSR顯示，在部分測線可見到明顯的BSR與地層斜交現象。2）振幅異常，BSR上方出現弱振幅或振幅空白帶，以層狀和塊狀分佈，厚度80-450m。3）BSR波形與海底反射波相比，出現明顯的反極性。4）BSR之上的振幅空白帶具有明顯的速度增大的變化趨勢。資料表明：南海北部西沙海槽天然氣水合物存在面積大，是一個有利的天然氣水合物遠景區。

2001年，中國地質調查局在中國財政部的支持下，廣州海洋地質調查局繼續在南海北部海域進行天然氣水合物資源的調查與研究，計劃在東沙群島附近海域開展高解析度多道地震調查3500km，在西沙海槽區進行沉積物取樣及配套的地球化學異常探測35個站位及其他多波束海底地形探測、海底電視攝像與淺層剖面測量等。另據中國台大海洋所及台灣中油公司資料，在台西南增生楔，水深500-2000m處廣泛存在BSR，其面積2×104km2。並在台東南海底發現大面積分佈的白色天然氣水合物賦存區。

1873年，英國“挑戰者號”進行首次全球海洋調查，在大西洋採集到一種黑色的球狀物。由於它的主要成分是錳和鐵，故稱之為“錳礦球”。後來發現礦球具有核心，有不斷向外生長的紋層，因而改稱“錳結核”。近來人們又從中分析出銅、鈷、鎳、鉛、鋅、鋁和稀土元素等60多種金屬成分，因而又稱其為“多金屬結核”。結核形態各異，大小不等，但以棕黑色、渾圓狀居多，直徑從不足1毫米到幾十厘米，少數達1米以上，特大者重數百千克。

多金屬結核多分佈在4-6千米水深的海底表層。據估計其儲量約有3萬億噸，可采潛力約750億噸。其中所含錳的總儲量是陸地的779倍，銅是36倍，鈷5250倍，鎳405倍，鐵4.3倍，鋁75倍，鉛33倍。按80年代世界的消耗量計算，可供人類使用數千年至數十萬年。由於結核形成於取之不盡的海水膠凝作用，故是一種還在不斷增生的資源。每年新增儲量1千萬噸，其生長速度比人類的消費速度還快！因此，僅此一類礦產就足以使人類產生向大洋進軍的強大動力。

富鈷結殼產於水深1~3.5千米，頂面平坦、兩翼陡峭的海山斜坡上。色黑似煤，質輕性脆，表面呈花蕾似的皮殼狀，厚度一般為幾毫米至十幾厘米。富鈷結殼金屬鈷含量可高達2%，是陸地含鈷礦床的20倍；貴金屬鉑含量也相當於陸上含鉑量的80倍。富鈷結殼礦床的潛在資源量達10億噸，總價值超過1千億美元。因此上世紀80年代以來一直是海洋礦產資源開發的熱點。我國於90年代中期也拉開了富鈷結殼正式調查的序幕。形成和分佈富鈷鐵錳結殼氧化礦床遍布全球海洋，集中在海山、海脊和海台的斜坡和頂部。數百萬年以來，海底洋流掃清了這些洋底的沉積物。這些海山有一些和陸地上的山脈一樣大。太平洋約有50000座海山，其富鈷結殼貯存量最豐，但經過詳細勘測及取樣的海山卻寥寥無幾。大西洋和印度洋的海山要少得多。結殼中的礦物很可能是借細菌活動之助，從周圍冰冷的海水中析出沉澱到岩石表面。結殼形成厚度可達25厘米，面積寬達許多平方公里的鋪砌層。據估計，大約635萬平方公里的海底(占海底面積1.7%)為富鈷結殼所覆蓋。據此推算，鈷總量約為10億噸。結殼無法在岩石表面為沉積物覆蓋之處形成。結殼分佈於約400-4，000米水深的海底，多金屬結核則分佈在4，000-5，000米水深的海底。最厚的結殼鈷含量最為豐富，形成於800-2，500米水深的海山外緣階地及頂部的寬闊鞍狀地帶上。

結殼一般以每1至3個月一個分子層(即每100萬年1至6毫米)的速率增長，是地球上最緩慢的自然過程之一。因此，形成一個厚厚的結殼層可需要多達6，000萬年時間。一些結殼有跡象顯示，結殼在過去2，000萬年經歷兩個形成期，鐵錳增生過程為一層生成於800萬-900萬年前的中新世的磷鈣土所中斷。這一層在新、老物質之間的間隔可以為尋找更老、更豐富的礦床提供線索。最低含氧層的礦床較豐的現象，使調查人員將鈷的富集部分歸因於海水中的低含氧量。根據品位、儲量和海洋學等條件，最具開採潛力的結殼礦址位於赤道附近的中太平洋地區，尤其是約翰斯頓島和美國夏威夷群島、馬紹爾群島、密克羅尼西亞聯邦周圍的專屬經濟區，以及中太平洋國際海底區域。此外，水深較淺地區的結殼的礦物含量比例最高，是開採的一個重要因素。

特點和成分除鈷之外，結殼還是其他許多金屬和稀土元素的重要潛在來源，如鈦、鈰、鎳、鉑、錳、磷、鉈、碲、鋯、鎢、鉍和鉬。結殼由水羥錳礦(氧化錳)和水纖鐵礦(氧化鐵)組成。較厚結殼有一定數量的碳磷灰石，大部分結殼含少量石英和長石。結殼鈷含量很高，可高達1.7%；在某些海山的大片面積上，結殼的鈷平均含量可高達1%。這些鈷的含量比陸基鈷礦0.1%至0.2%的含量高得多。在鈷之後，結殼中最有價值的礦物依次為鈦、鈰、鎳和鋯。另外一個重要考慮因素是結殼與其附著生長的基岩在物理性質方面的反差。結殼在各類岩石之上生成，因此使用普通的遙感技術難以區分結殼及其基岩。然而，結殼與基岩的不同之處在於結殼發出高得多的伽馬射線。因此在勘查上覆沉積物較薄的結殼以及測量海山上的結殼厚度 時，以伽馬射線進行遙感可能是有用的工具。未來採礦者在尋找可以開採的結殼時，很可能注意以下一些特點。包括：水深不超過1，000-1，500米，年齡在2，000萬年以上的大海山，其頂部沒有大環礁或暗礁，所處位置有持續的強烈底流，上覆水體較淺並且為成熟的低氧帶，遠離大量注入海洋的河流和風生碎屑物。此外，他們要尋找的海底應起伏不大，位於山頂階地、鞍狀地帶或隘口，坡度平緩並且當地沒有火山活動。鈷平均含量至少應為0.8%，結殼平均厚度不低於4厘米。

工業用途富鈷結殼所含金屬(主要是鈷、錳和鎳)用於鋼材可增加硬度、強度和抗蝕性等特殊性能。在工業化國家，約四分之一至二分之一的鈷消耗量用於航天工業，生產超合金。這些金屬也在化工和高新技術產業中用於生產光電電池和太陽電池、超導體、高級激光系統、催化劑、燃料電池和強力磁以及切削工具等產品。

迄今為止進行的調查1981年在中太平洋地區第一次對結殼進行系統調查。早期工作由德國、美國、前蘇聯(後為俄羅斯聯邦)、日本、法國、英國、中國和韓國的科研隊伍進行。美國、德國、英國和法國已完成野外調查。經過最詳盡調查的是赤道太平洋的礦床，主要是多個島嶼國家專屬經濟區內的礦床。大約42個研究航次(1981年至2001年)調查了太平洋水域的富鈷結殼及其他深海礦床，野外和研究工作共花費7000萬至1億美元。日本從1985年起，按照一個為期15年的項目，為南太平洋應用地球科學委員會(SOPAC)的發展中島嶼國家進行了許多上述的調研工作。

將來的勘探和開採為了確定可能比較高產的地區的位置，未來的採礦者首先需要繪製結殼礦床詳圖和小比例尺海山地貌綜合圖，包括地震剖面圖。一旦確定了取樣站，就可以部署拖網、岩芯取樣機以及聲納攝像機和視頻攝像機，以查明結殼、岩石和沉積物的類別和分佈情況。為此需要裝備齊全的大型研究船來操作海底聲波信標和拖拽設備，並處理大量樣品。在較后階段需要載人潛器或遙控作業系統（ROV）。為進行環境評估，需部署測流計錨定設備和生物取樣設備。開採結殼的技術難度大大高於開採多金屬結核。採集結核比較容易，因為結核形成於鬆散沉積物基底之上，而結殼卻或松或緊地附著在基岩上。要成功開採結殼，就必須在回收結殼時避免採集過多基岩，否則會大大降低礦石質量。一個可能的結殼回收辦法是採用海底爬行採礦機，以水力提升管系統和連接電纜上接水面船隻。採礦機上的鉸接刀具將結殼碎裂，同時又盡量減少採集基岩數量。已經提出的一些創新系統包括：以水力噴射將結殼與基岩分離；對海山上的結殼進行原地化學瀝濾，以聲波分離結殼。除日本外，對結殼開採技術的研究和開發有限。儘管提出了各種想法，但這一技術的研究和開發尚在初期階段。

海山環境需要對海山生物群落的性質進行更多研究，以便積累可靠的依據，就結殼勘探和採礦造成的環境問題提出建議。除了知道其複雜和變化大的特點外，目前對這些群落知之甚少；位於同一深度的兩座海山可能有完全不同的生物組成。海山生物群落的組成和特點由流型、地貌、海底沉積物及岩石類型和覆蓋面積、海山大小、水深及海水含氧量等因素確定。另外還必須了解海山周圍的海流，以便開發適當的採礦設備和技術，並確定被擾動沉積物顆粒和廢物的擴散途徑。海山阻擋海流流動，產生各種更強的渦流和上升流，從而增加生物的初級生產力。這些海流的影響在海山頂部周圍的外緣最為強烈，也正是在這些地方找到最厚的結殼。

經濟因素結殼除了鈷含量高於深海錳結核之外，其開採之所以被認為有利，是因為高質量的結殼儲存在島嶼國家專屬經濟區內，水深較淺，離海岸設施較近的水域。1970年代後期，特別是在1978年，當時世界上的第一產鈷國扎伊爾(現在的剛果民主共和國)境內礦區爆發內戰，鈷價飆升，人們對結殼的經濟潛力有了深刻的認識。由於剛果民主共和國的生產持續下降，到2000年，尚比亞、加拿大和俄羅斯聯邦三國總產量佔了全球總產量(29，500噸)的一半以上(見圖)。

鈷和其他許多賤金屬一樣，現貨市場價格在過去30個月里持續下降，從1999年5月每磅20美元以上跌至每磅10美元以下。在歷史上，鈷價波動較大。在1979年前扎伊爾沙巴省發生動亂期間，鈷價在數周之內激增三倍。當時扎伊爾約佔全球供應量的一半。現在，鈷生產在地域上遠沒有以前集中。但從中、短期來看，需求仍趨於缺乏價格彈性。只要認為可能出現供應問題，價格仍可能迅速倍增。

鈷供應不確定的一個原因是，在扎伊爾和尚比亞這兩個主要生產國，鈷是銅礦業的副產品。因此，鈷的供應量取決於對銅的需求。碲的供應量也是如此。這種不確定性已促使企業尋找其他代用品，因此市場僅略有增長。如果可以為這些金屬開發出其他重要來源，這將提供較有力的誘因，在產品中重新使用這些金屬，從而增加消耗量。對鈷以外的一種或多種結殼富含金屬的需求，最終可能成為開採結殼的驅動力。

儘管存在上述的經濟和技術不確定因素，但至少有三家公司已經表示有興趣開採結殼。一些新情況(例如，土地用途優先問題、淡水問題和陸地礦區的環境關切問題)可能會改變經濟環境，推動海洋採礦活動。現在人們日益認識到，富鈷結殼是一種重要的潛在資源。因此，必須通過研究、勘探和技術開發，填補結殼開採各個方面的信息空白區。

可燃冰組成海底天然氣水合物是一種在低溫(-10～+100C)和高壓(1～9Ma)條件下由氣體和水合成的類冰固態物質，具有極強的儲載氣體的能力，一個單位體積的天然氣水合物可儲載100～200倍於這個體積的氣體儲載量。天然氣水合物中的有用組分主要為甲烷，此外還含有少量的H2S、CO2、N2和其它烴類氣體。

可燃冰分佈發育天然氣水合物的地點主要分佈在北半球，以太平洋邊緣海域最多，其次是大西洋西岸。從構造環境來看主要分佈大陸邊緣：一類是分佈在被動大陸邊緣的大陸斜坡和坡腳，另一類是分佈在活動邊緣增生楔發育區。目前已通過鑽探發現和根據BSR(海底模擬反射層)推測的天然氣水合物地點有57處，其中太平洋25處，印度洋1處，北極海6極,南大洋6處，大西洋17處，湖沼區(黑海、貝加爾湖)2處。但是對佔大洋大部分面積的深海洋盆中的天然氣水合物分佈情況目前還知之甚少。造成這種情況的原因在於目前所從事天然氣水合物調查的區域還沒有涉足洋盆。

可燃冰形成形成天然氣水合物的必要條件包括：富含有機質的沉積物中充有間隙水，深水區的水動力處於滯流狀態，存在生物成因的氣體或者有從下伏地層進入的熱解成因氣體，同時具備特定的壓力與溫度條件。天然氣水合物的形成可能有兩種成因模式：天然氣水合物為先存天然氣儲集層的一部分，后因溫度或孔隙壓力的有利而在原地固結轉變為氣水合物；微生物成因氣或熱解成因氣從下部運移至氣水合物穩定帶而形成氣水合物。

資源潛力與環境問題與常規天然氣氣田儲量相比，海底天然氣水合物中潛在天然氣資源量極其巨大。根據國際天然氣潛力委員會的初步統計，世界各大洋天然氣水合物的總量換算成甲烷氣體約為1.8-2.1x1016m3，大約相當於全世界煤、石油和天然氣等總儲量的兩倍。被認為是一種潛力很大的、可供21世紀開發的新型能源。另一方面，海底天然氣水合物作為潛在地質災害與全球氣候變化的不穩定因素也引起了科學界的高度關注。

“熱液硫化物”主要出現在2000米水深的大洋中脊和斷裂活動帶上，是一種含有銅、鋅、鉛、金、銀等多種元素的重要礦產資源。對於它的生成，海洋科學家們經過實地考察后認為：“熱液硫化物”是海水侵入海底裂縫，受地殼深處熱源加熱，溶解地殼內的多種金屬化合物，再從洋底噴出的煙霧狀的噴發物冷凝而成的，被形象地稱為：“黑煙囪”。這些億萬年前生長在海底的“黑煙囪”不僅能噴“金”吐“銀”、形成海底礦藏，具有良好的開發遠景。而且很可能和生命起源有關，並具有巨大的生物醫藥價值。

“黑煙囪”是聳立在海底的硫化堆積物，呈上細下粗的圓筒狀，因形似煙囪狀，所以被科學家形象地稱為“黑煙囪”。它們的直徑從數厘米到2米，高度從數厘米到50米不等。位於海底的“黑煙囪”堆積群及其堆積物有點像教堂或廟宇建築的複雜尖頂，規模較大的堆積物可以達到體育館體積大小的百萬噸以上。專家們認為，海底“黑煙囪”的形成過程很複雜，它與礦液和海水成分、溫度間存在的差異有關。由於新生大洋地殼或海底裂谷地殼的溫度較高，海水沿裂隙向下滲透可達幾公里，在地殼深部加熱升溫后，淋濾並溶解岩石中的多種金屬元素，又沿著裂隙對流上升並噴發在海底。它們剛噴出時為澄清的溶液，與周圍的海水混合后，很快變成“黑煙”並在海底及其淺部通道內堆積成硫化物。目前，科學家已經在各大洋的150多處地方發現了“黑煙囪”區，它們主要集中於新生大洋的地殼上，如大洋中脊和弧后盆地擴張中心的位置。2003年“大洋一號”開展了中國首次專門的海底熱液硫化物調查，拉開了進軍大洋海底多金屬硫化物領域的序幕。經過長期不懈的“追蹤”，終於發現了完整的古海底“黑煙囪”，它們的地質年齡初步判斷為14.3億“歲”。此前，這不僅進一步了解了大洋深處海底熱液多金屬硫化物的分佈情況和資源狀況，也為地球科學從理論上有一個新的質的飛躍做了鋪墊

熱液分佈目前科學家已經在大洋中脊處發現了許多熱液噴發地點。與熱液活動相關的熱液礦床不僅可出現在洋中脊中央，而且在其兩側，甚至像沖繩海槽這樣的邊緣海也有發現。此外，在熱液區，黑煙囪周圍還生活著各類特異的熱水生物種群，令人目瞪口呆！